电力物联网技术在农村电网漏电故障诊断中的应用

梅林常　陈奇辉　臧志成　刘娜

【摘 要】本文研究了电力物联网技术在农村电网漏电故障诊断中的应用，结合电力物联网技术，研制三相智能用电测控终端和三相智能用电监测模块，迅速定位、诊断问题，提高整个电网的用电可靠性和智能化管理水平；采用长距离无线自组网技术解决农村电网广阔地域的信息传输难题；同时，设计了一个典型的应用场景，验证了电力物联网技术在农村电网漏电故障诊断应用中的安全性和可靠性。

【关键词】电力物联网；LoRa自组网络；农村电网；漏电故障

0 引言

农村电网漏电故障诊断问题历来是个比较复杂的问题，虽然经历了农网一期、二期的改造，但是由于中国社会经济的飞速发展，农村地区面貌发生了翻天覆地的变化，农村用电负荷进一步增长，原有的低压电网已经不能满足现状需求，各种低压隐患和矛盾也逐渐显露出来，设备老旧、线路过负荷、树线矛盾、跨房隐患等日益严重，尤其是近几年国家推行家电下乡活动，更是给低压电网的供电能力带来了严峻的考验。电力物联网技术是在电力系统应用中形成的一种智能化管理网络，具有节能减耗、安全稳定等特点。将电力物联物联网技术引入到农村电网漏电故障诊断中，可以迅速定位、诊断问题，提高整个电网的用电可靠性和智能化管理水平，缩短农网故障处理时间，消除农村低压电网的隐患和矛盾，为农村地区提供优质、安全、可靠的电能服务。

1 物联网与智能电网

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，物联网的英文名称叫“The Internet of things”，是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。

与传统电网相比，智能电网进一步优化各级电网控制，通过集中与分散相结合的方式，实现对电网全景信息的获取，以坚强、可靠、全面完整的物理电网和信息交互平台为基础，整合各种生产和运营信息，为运行和管理人员提供全面完整的决策参考。然而，智能电网的实现，首先依赖于电网各个环节重要运行参数的在线监测和实时信息掌控，基于此，物联网技术作为智能电网密不可分的支撑技术，成为电力行业研究的热点。

2 什么是电力物联网

顾名思义，电力物联网是指物联网技术在电力系统中的应用，通过各种信息传感设备或分布式识读器，如射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描等種种装置，按约定的协议，在电力系统应用中形成智能管理的一种网络。相比传统数字电网，电力物联网具有以下几点优势：

1）节能减耗：对电网发电、供电情况实时监测，合理调节；

2）提高设备运行安全稳定性：实时监测设备运行状况，便于风险评估与预警；

3）保障员工人身安全性：对执行检修、倒闸等操作的人员实行定位跟踪与管理，避免误操作带来的人身伤害；

4）推进“无纸化”应用：扫描电气设备上的电子标签得到其相关台账和检修信息等，替代手抄记录，有助于建设节约型企业。

3 电力物联网技术在农村电网漏电故障诊断中的应用

针对农村用电故障点定位困难、故障区域缺乏自动隔离手段的特点，应用电力物联网技术，研发三相智能用电测控终端和三相智能用电监测模块，采用LoRa无线通信模块实现长距离无线自组网。通过三相智能用电测控终端、三相智能用电监测模块实时采集农网总开关、分支开关的电压、电流、剩余电流和终端表箱的电压和剩余电流，实时诊断线路开路、短路和漏电故障，实时定位故障分支和终端用户，为快速抢修提供支持。三相智能用电测控终端、三相智能用电监测模块、采集的电压、电流、剩余电流等信息，通过无线自组织网络将数据传输到通信基站上，然后通过GPRS方式或者电力光纤传送到农网物联网主站。数据传输采用星型LoRa无线网络结构。

电力物联网技术在农村电网漏电故障诊断中的典型应用场景如下图所示：

1）智能用电测控终端：智能用电测控终端由三相电流、电压传感器基于WSN（无线传感器网络）技术，由三相电流传感器、主控电路板、锂亚电池和天线等组成。三相智能用电测控终端可以实时监测分析漏电流情况，分析区域内的综合漏电流情况，并结合监控平台给出的远程操作指令，或根据设备内部的预设动作阈值实现对故障点的自动隔离。典型应用中该设备可内置LoRa中断模块，用于接入自组网络。

2）三相智能用电监测模块：三相智能用电监测模块由ARM Cortex M0为核心，集成电压传感器、电流传感器、剩余电流传感器、磁保持继电器和储能磷酸铁锂电池等组成。电阻分压直接测量电压，分析突变电压，为故障诊断提供数据支持。三相智能用电监测终端是多点剩余电流监测汇集器，实现对多个线路节点的剩余电流同步采集，汇总各个线路末端的漏电流情况辅助上级断路器根据不同的线路情况、气候情况给出合适的漏电流整定值。典型应用中该设备可内置LoRa中断模块，用于接入自组网络。

3）LoRa网关：LoRa网关是整个LoRa自组网络和后台进行数据交互的节点。网关将根据现场的网情况通过，无线或有线的方式和后台进行数据交互。典型应用中设计的网关将实现和各个终端网络设备进行路由握手的功能。

4）LoRa无线通信补盲模块：简称LoRa补盲模块，是在整个自组网络中确保网络覆盖的重要中继节点，当终端设备与LoRa网关的距离超过3KM时，需要通过补盲模块来扩展网络的覆盖面积。在实际操作的过程中，补盲模块的作用相当于是围绕着LoRa网关进行配置的数据路由节点，距离网关较远的设备将会自动寻找网络中的补盲节点和网关进行数据交互。补盲节点是LoRa网络中的关键配置器件是大面积网络覆盖的传输保证。

5）智能剩余电流监控平台：智能剩余电流监控平台主要处理一个和多个LoRa网关上传的数据信息，然后通过调度选择最优线路回复下行LoRa节点。同时智能剩余电流监控平台以一种友好web形式的人机交互界面展示出来。

4 在农村电网漏电故障诊断中应用电力物联网技术的效果评价

本文中提到的典型应用在河南鹤壁市电力公司进行了试点，通过物联网技术对农网公用配变低压端的电压、电流、剩余电流、各空气开关状态、各用户的电压、电流、剩余电流等信息进行实时采集，指导整定JP柜总漏电保护定值，避免非故障保护跳闸。实现对农网低压用电状态，尤其是漏电电流等进行实时监控，可根据获取的信息快速的判断故障点及影响范围，同时结合智能化开关控制功能，可缩小故障影响范围，大大缩短故障处理时间，提高农网用电可靠性。采用电力物联网技术应用于漏电保护，具有如下的优势：

1）实时监测线路运行与漏电状况，便于风险评估与预警；

2）漏电或其它故障状态下，故障原因与故障位置的快速定位与排除；

3）通过一定时间的状态参数采集，指导调整漏电保护的阈值范围，实现智能漏电保护，避免误跳；

4）结合智能化开关控制功能，可实现漏电动作保护，缩小故障影响范围。

5 结束语

本文研究了电力物联网技术在农村电网漏电故障诊断中的应用，研发三相智能用电测控终端和三相智能用电监测模块，实时监测每个用户的剩余电流，计算所有用户剩余电流总值，指导整定JP柜總漏电保护值，减少非故障保护跳闸。对因漏电、短路引起的跳闸，先自动切除故障用户，再重合闸运行，减少停电时间，有效提升农村电网的可靠性。同时针对农村电网的网架相对落后，电网设备和用户负荷可靠性都较差，大部分地域缺乏可用电力通信资源的特点，采用长距离无线自组网技术解决农村电网广阔地域的信息传输难题。

将电力物联物联网技术引入到农村电网漏电故障诊断中，可以迅速定位、诊断问题，提高整个电网的用电可靠性和智能化管理水平，缩短农网故障处理时间，消除农村低压电网的隐患和矛盾，为农村地区提供优质、安全、可靠的电能服务。

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